Stalen drevel wijst op unieke Germaanse smeedtechniek

Bij Heeten, een dorp bij Deventer, is een laat-Romeins werktuig (ca 315-340 n. Chr.) gevonden, gemaakt van staal van ongewone hoge kwaliteit. Het gaat om een drevel van een centimeter of zes, een instrument dat waarschijnlijk gebruikt is om versieringen aan te brengen op metaal. Het materiaal is fosforvrij keihard ultra high carbon-staal, met een koolstofgehalte van 2 procent, waarschijnlijk het oudste voorwerp van deze samenstelling. De archeologen Evelyne Godfrey en Matthijs van Nie zien in dit staaltje van vakmanschap een bewijs voor het bestaan van een tot nu toe onvermoede bewerkingswijze door Germaanse smeden. In een binnenkort te verschijnen artikel in het Journal of Archeological Science doen zij in detail verslag van de metallurgische implicaties van hun ontdekking.

Het Germaanse dorpje Heeten, net buiten de Rijngrens van het Romeinse Rijk, was in de vierde eeuw een waar centrum van ijzerproductie, ongetwijfeld vooral ten behoeve van wapens in deze tijd van `volksverhuizingen'. Bij de opgravingen zijn aanwijzingen voor ongeveer duizend smeltovens gevonden.

Bij de fabricage van ijzer is het gehalte aan koolstof van cruciaal belang. Een gehalte tussen 0,7 en 2,1% levert staal op, een geharde en smeedbare vorm van ijzer. De nu gevonden drevel zit met 2% dus dicht op het theoretisch maximum van staal. Een hoger gehalte, tot 4,3%, levert gietijzer op, een makkelijker bewerkbare, maar veel brossere vorm van ijzer. Omdat het gehalte aan koolstof moeilijk valt te beheersen, is het gemakkelijker om gietijzer te maken (véél koolstof) dan om staal te fabriceren (niet te veel koolstof). In feite is dit proces van koolstof toevoegen en afvoeren pas in de negentiende eeuw echt onder controle gebracht, met het Bessemer- en het Siemens-Martin-proces. En staal met een koolstofgehalte tussen 1,5 en 2,1% (ultra high carbon-staal), tegen de grens met gietijzer, is zelfs nu nog een uitzondering omdat toch vaak brosse plekken in het materiaal ontstaan.

Staal is het best te produceren bij hoge temperaturen (tegen de 1400 °C, boven het smeltpunt), maar die temperatuur wordt pas in de primitieve hoogovens van de late middeleeuwen voor het eerst bereikt. Daarvoor werd eerst gietijzer gemaakt met 4,3% koolstof (bij 1150° C) waarna door `verbranding' het koolstofgehalte naar beneden wordt gebracht. De Chinezen en Indiërs kenden deze techniek al voor de jaartelling, maar deze techniek om `kroezenstaal' te maken werd pas vanaf de zevende eeuw in Europa toegepast. Het is echter ook mogelijk om ultra high carbon-staal te maken zonder het ijzer vloeibaar te maken, bij een temperatuur van 925 °C. Als het ijzer weinig verontreinigd is en de temperatuur 50 uur constant wordt gehouden ontstaat er door inwerking van zuurstof aan het oppervlak van het ijzer een laagje van 4 millimeter van het gewenste staal, doordat onder deze omstandigheden koolstof aan zuurstof wordt gebonden en als CO2 verdwijnt. Het is een extreem arbeidsintensieve manier: 50 uur continu aan de blaasbalgen en te grote temperatuurschommeling leidt tot mislukking.

Wie aldus dunne ijzeren reepjes (maximaal 8 millimeter dik) bewerkt, kan zo wèl kleine hoeveelheden van dit type staal maken. Onder meer omdat dit soort (onbewerkte) staalreepjes zijn gevonden in Heeten, maken Godfrey en Van Nie aannemelijk dat deze techniek door de Germaanse smeden ter plaatse is uitgevoerd. Ze vermoeden dat het hier om een eigen Germaanse uitvinding van primaire staalproductie gaat.

    • Hendrik Spiering